Daniel Alexander Burneo Villavicencio
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1. 00 ec e cece eee nee e eee een ees 38 Figura 25 Imagen real de prototipo terminado eceeee cnet ne eeee eee eeenene tees 39 Figura 26 Dise o de circuito ClECtricO ccc cece cece cece ce eee eee Ie see 40 Figura 27 Figura 28 Figura 29 Figura 30 Figura 31 Figura 32 Figura 33 Figura 34 Figura 35 Figura 36 Figura 37 Figura 38 Figura 39 Figura 40 Figura 41 Figura 42 Figura 43 Figura 44 11 Circuito el ctrico de LEDS oos to ote irs se pali bbs ep Ul ee date pd edna 40 L gica del programa M TAT A 42 C digo para crear una MTAplication 0 ccc cece eee e ence eee e een enn 44 C digo para crear fondo de Texto oe x or dd 45 C digo para crear campo de teXtO oooooooccccccconcccnncconcconncconcconccnnnarnns 45 Codigo para Mostrar text 45 Conexi n f sica de fuente de Podeis 46 Plataforma de e Gu eR 48 Euente de imagen en CC oceani adi s 49 Ajuste de Thos em CC cae 50 Ajuste del Threshold y TUIO en CG V via dt ede ya pene Ee ya eluates 50 Pantalla de calibraci n de CC WV aieo prre Ere Epor es 5 Red de puntos de calibraci n del CO Vin cocino eere e nana ads 52 Calibrando el CO V ia epe be bre dde 53 Importindo e MTA Lo oco e opua A Ro paek Ua oes 54 MIA listo pata SU WSO ii A rv Edo exa roe deena V SUE 55 Aplicaciones multi touch en el MT4J csse nnn 56 Ejecutando aplicaci n multi touch USFQ P ooooccccncccnccncccnconnccnncnnannnnn ns2. 26 FTIR Frustroted internal Reflection Projection surfoi Silicone Rubber IR LED CD IR LED A A Totol Internal Reflection AAA IR Comero Figura 9 Esquema del m nimo de piezas necesarias para una configuraci n FTIR 2 Proyecci n hacia la pantalla Como se mencion anteriormente el proyector es el dispositivo m s usado para mostrar la informaci n visual en una mesa multi touch Esto se realiza utilizando un proyector casero y un espejo para proyectar hacia la l mina de acr lico ya que como nuestro proyector es de enfoque largo se necesita el espejo Primeramente se realizaron pruebas previas con una mesa normal de vidrio el espejo y el proyector Como se observa en la Figura 10 se utiliz un espejo normal de 30 x 25 colocado frente al proyector con un ngulo de proyecci n de m s o menos 45 grados y una distancia 60cm hacia el espejo lo que nos result en una proyecci n de 40 cm de largo por 50 cm de ancho lo cual ser el tamafio de la pantalla de nuestra multi touch table IV 13 15 27 Figura 10 Proyecci n hacia la pantalla Configuraci n de la Comunicaci n USB de la PS3 EYE La comunicaci n USB Universal Serial Bus entre la c mara PS3 EYE y la computadora es un proceso muy importante de realizar para la construcci n de una multi touch table Como se mencion anteriormente la c mara PS3 EYE es excelente para este proyecto debido a su alta resoluci n su impresionan
3. 7 http wiki nuigroup com What_is_a_compliant_surface 3F 8 http www majulhogar com index php cPath 24 9 http www dbup com ar info html 10 http es wikipedia org wiki Proyector_de_v C3 ADdeo 11 http wiki nuigroup com Projector 12 http nuigroup com go 13 http touchscape org developer downloads tech FTIR 20Explained pdf 14 Gettys Edward W Frederick J Keller and Malcolm J Skove Classical and Modern Physics New York McGraw Hill 1989 15 http codelaboratories com 16 http alexpopovich wordpress com 2008 10 02 sony ps3eye cameradirectshow capture source filter 17 http ledcalculator net 18 http www mt4j org mediawiki index php Main Page 19 http eclipse org packages eclipse ide java developers heliossr2 20 http www projectorcentral com projection calculator cfm 21 User Manual PS3 Eye 22 http www tuio org 23 http sites google com site gmitresearch mt4j mt4j basics 24 http www mt4j org mediawiki index php Architecture 25 http ccv nuigroup com 62 26 http wiki nuigroup com Getting Started with CCV 27 http www eclipse org downloads moreinfo java php 28 http cmcirubide blogspot com 2009 04 01 archive html 29 Datasheet SFH4550 IR LED Emisor OSRAM 30 http www peauproductions com blog s techniques 31 http www maximumpc com article features 32 Trojman Lionel Gu a de Redacci n Sensores e Instrumentaci n Virtual 2010 3
4. En nuestro proyecto usaremos la t cnica FTIR ya que es una de las m s accesibles y f ciles de implementar I ELEMENTOS EL CTRICOS 1 LED Infrarrojo E encapsulation doma foy Entinted nondiffused NX LED chip Wedge wire bond Cathode post with reflector cup Anode post Flat on side of dome indicating cathode Mild steel lead frame solder dipped leads Negative Positive Figura 1 Diodo LED Infrarrojo Un diodo emisor de luz infrarroja IRLED es un dispositivo electr nico que emite luz infrarroja la cual no es visible al ojo humano Un LED infrarrojo opera como un LED regular pero puede usar diferentes materiales para producir luz infrarroja Esta luz infrarroja puede ser usada en controles remotos para transferir datos entre dispositivos para proporcionar iluminaci n a equipos de visi n nocturna o para una variedad gt 11 28 gt 3 4 17 de otros prop sitos Un LED Infrarrojo es igual a todos los LEDs un tipo de diodo o un simple semiconductor En nuestro caso se van a utilizar los LEDs Infrarrojos para construir la pantalla y crear el efecto FTIR de la multi touch table el cual es important simo para hacer funcionar nuestro dispositivo 2 C mara PS3 EYE Figura 2 C mara PS3 EYE La PlayStation Eye es un dispositivo de c mara digital fabricada por la compa a Sony similar a una webcam para el PlayStation 3 Esta tecnolog a usa visi n de comp
5. Override public void startUp addScene new USFOScene this USFO Scene Figura 29 C digo para crear una MTAplication Antes de hacer correr el c digo lo que se necesita es crear una scene o escena La funci n de la scene es mostrar la interfaz de usuario En este programa se cre un campo de texto el cual muestra el mensaje USFQ en la pantalla Para crear una scene se necesita extender la clase AbstractScene Hay dos comandos que necesitan ser reemplazados en la clase AbstractScene estos son init y shutDown Estos comandos no ser n llamados directamente sino cuando la escena cambie El comando init es llamado justo antes de que la escena es mostrada en la pantalla mientras que el comando shutDown es llamado justo cuando la escena est siendo cerrada El MT4J cuenta con algunos widgets previamente hechos en nuestro caso usamos el MTTextField para el proyecto el cual es un campo de texto para multi touch Para crear el MTTextField lo primero que se necesita hacer es crear el fondo o letra que el campo de texto usar el cual es hecho por la clase Ifont Como se observa en la Figura 30 se cre un fondo de texto de tama o 50 de tipo de letra arial y el color de fondo y color de l nea de fondo blanco 45 IFont fontArial FontManager getInstance createFont mtApplication arial ttf 50 white white Figura 30 C digo para crear fondo de texto Lo siguiente que se ne
6. ver Figura 27 y luego se cablearon 10 cadenas de LEDs en paralelo para que vayan colocados alrededor de todo el acr lico La forma m s f cil de soldarlos y lo recomendado es usar un pedazo de cart n o tabla delgada en donde se perfora ocho huecos suficientemente grandes para meter los LEDs se mide el espacio requerido entre cada uno y luego se suelda cada uno Saa 12V YY L3 LC Laso GND Figura 27 Circuito el ctrico de LEDs 41 III Programaci n 1 Explicaci n Programaci n del MT4J Ya despu s de haber construido el hardware de la multi touch table lo siguiente es utilizar un software especializado para poder utilizar el dispositivo Para esto se utiliz el CCV Community Core Vision el cual es un software utilizado para el seguimiento de datos y eventos en la pantalla y adem s el MT4J El MT4J Multi touch for Java es un software libre creado por Java para el desarrollo r pido de aplicaciones que necesitan de gran riqueza visual MT4J est dise ado para soportar diferentes tipos de dispositivos de entrada con un enfoque especial en soporte multi touch Adem s este programa cuenta con una variedad de ejemplos de aplicaciones para poder utilizar con nuestro proyecto 15 18 42 Presentaci n RODEAN Scenes t EVENTOS DE GESTO Entrada proceso Procesador de entrada EVBITOS DE BTRADA UNFCADA Entrada abstracci n Hardware Dispositivo de Entrada 1t BITRADA DE DATOS POSICON ii Multi touch
7. 57 12 INTRODUCCI N Multi touch se refiere a la capacidad de un sistema t ctil de detectar simult neamente y resolver un m nimo de tres o m s puntos de toque La superficie multi touch es considerada por muchos a convertirse en la interfaz de usuario que m s ser utilizada por todos debido principalmente a los beneficios que nos brinda tales como su velocidad eficiencia intuici n a la tecnolog a y porque hace m s rica y variada la interacci n del usuario lo cual ha redefinido la forma en que la gente interact a con m quinas Los pioneros en este tipo de dispositivos como el IPod y el IPad han dado cabida a las multi touch tables o superficies multi touch en las cuales empresas como Microsoft han implementado para el uso de las personas pero a un elevad simo costo Por esta raz n la investigaci n de esta tecnolog a innovadora es de suma importancia ya que como se conoce es considerada el futuro de la computaci n y porque no se le ha puesto mucho nfasis a este tipo de tecnolog as en el pa s muchas investigaciones se han realizado para desarrollar multi touch tables m s accesibles al p blico y a un menor costo lo cual es muy beneficioso para la gente El siguiente trabajo va dirigido a personas j venes como estudiantes y profesionales para que se adentren en este tipo de tecnolog as para as incentivar investigaciones y aportes En este proyecto reunimos informaci n sobre las investigaciones realizadas en multi to
8. construction of a multi touch system at lower cost using one of the five investigated methodologies the FTIR as well as the creation of a multi touch application to demonstrate the way of interaction with the user The prototype will be made out on a normal scale it means that it will have the actual size and dimensions according to the specifications of a commonly used table Using materials that are easy to obtain and taking advantage of physical effects of light in materials it is intended to build a multi touch table more cheaply and with the same benefits as the today s marketed systems In addition using the MT4J we will create a simple but useful application called USFQ to show the direct interaction that can be achieved with the user It can be concluded that it is possible to build a multi touch table at lower cost using not so advanced and simple materials In addition it is intended with this project to encourage future research on this type of technologies CONTENIDO RESUMEN isoo Ee Sass 6 P NINH el 7 LISTA DE GR FICOS Y TABLAS vascas iii 10 INTRODUCCI N nda donation 12 OBJETIVOS Lr M 14 CAPITULO 1 MARCO TE RICO adeo ees iat HM pt c E ERU eni PUN quse er 15 LA EA MULETITOUCH TABLE ih imet tice e ial et EH tot ter be Lege adis 15 I ELEMENTOS EL CTRICOS dut t E rre bee eb ERE ge EE CER e Hee Lev o gg 16 1 LEDS Infrarrojos eee iE perte pH REDE EE UMS HE
9. de un material que tenga un ndice m s alto de reflexi n que el acr lico que se empareje con la superficie del acr lico bajo presi n para que haga efecto el FTIR y luego se despareje cuando la presi n es retirada B sicamente la superficie compatible es una capa adicional entre la superficie de proyecci n y el acr lico Esto mejora el contacto con los dedos y da m s manchas s lidas para que sean detectadas por la c mara particularmente cuando se arrastra los dedos ya que habr menos adherencia a la superficie Adem s de eso la superficie compatible cuenta con otras ventajas en los sistemas multi touch tales como e Proteger el acr lico de posibles rayas e Bloquear mucha contaminaci n a la luz e Sensibilidad a la presi n 23 e Cero disparidad visual entre la superficie de toque y la superficie de proyecci n e Reacciona mejor a movimientos de arrastre de los dedos 4 Proyector Figura 7 Proyector Un proyector de v deo es un aparato que recibe una sefial de v deo y proyecta la imagen correspondiente en una pantalla de proyecci n usando un sistema de lentes permitiendo as visualizar im genes fias o en movimiento En las multi touch tables de bajo costo el proyector es el m todo m s utilizado para mostrar la informaci n visual sobre la mesa Se lo usa de algunas maneras dependiendo de la clase de proyector ya sea proyectando directamente a la pantalla por lo cual se necesita un p
10. dem s ejemplos de aplicaciones multi touch se realiza exactamente el mismo procedimiento amp Java Eclipse File Edit Source Refactor Navigate Search Project Run Window Help ri 0 Q amp G Bos noe gt EB advanc D advanc en dv Op F3 EB advanc Open With pM eaten Open Type Hierarchy F4 gt EB advanc EB advanc Show In Alt Shift W i basic fi Copy Ctrl C W escrita lified N p M basica Es Copy Qualified Name gt EH basic m E Paste Ctrl V gt BH basics X Delete Delete B basic sc EN basic su Remove from Context Ctri Alt Shift Down gt B basic sy Build Path gt E Usfq Source Alt Shift S actor Shift T gt By F sar Ref Alt Shift T 8 tests s Import BA JRE System rA Export BA Referenced gt data References s amp doc Declarations gt mt jLibs E ChangeLog WP Refresh F5 B gluegen rt Assign Working Sets jogl awt dl E jogl_e Run As 1 Java Applet Alt Shift X A B jegl dll Debug As 3 2Java Application Alt Shift X J 3 libgh i gt a LES Run Configurations E ee Team gt gt libGlulogic c With 5 libjogl awt uda gt libjogl awt Replace With gt m Usfq Start Restore from Local History Properties Alt Enter Figura 44 Ejecutando aplicaci n multi touch USFQ 57 58 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES I Conclusiones La construcci n de una multi
11. ds 22 Fig ra e Proyector td ess Oni uos ME en asd as E lanes 23 Figura 8 Reflexi n Interna Total ioo eroe oido 25 Figura 9 Esquema del m nimo de piezas necesarias para una configuraci n FTIR 26 Figura 10 Proyecci n hacia Ta pantalla iii ia 2i Figura 11 Dispositivo conectado con la COMputadoTA oooooccoccncnccnnoncnncnncnnoncnncnnos 28 Figura 12 Prueba de funcionamiento de la camara 0 cece ee eee ee eee eneee eee eeenens 28 Figura 13 Caj n de soporte de element0os cccccscssceccertesssseseonenesocoscsntaecais 30 Figura 14 Parte superior del caj n de soporte c ce ececeee ence ceee ence eeeeeeeneeneees 31 Figura 15 Imagen real de parte superior de caj n soporte cc eeeee eee ee erence ee eees 31 Figura 16 L mina de acr lico con bordes lijados eese 32 Figura 17 LED Infrarrojo OSRAM 850nm seeseeseee eee teens eneenaeees 33 Figura 18 LEDs Infrarrojos ajustados al acr lico csse 33 Figura 19 Papel calco como superficie de proyecci n oooococcocconcconconocnncnnanicncnnnss 34 Figura 20 Creaci n de Superficie Compatible cesses 35 Figura 21 Removiendo los peque os discos sss 36 Figura 22 Separaci n de la camara 20 tado 36 Figura 23 Filtro Infrarrojo removido del lente cece cee ce nce ee eee neeneee ene eeeenenes 37 Figura 24 Adaptaci n de filtro de luz visible al lente
12. mismo pueda salir f cilmente Ver figura 23 Figura 23 Filtro Infrarrojo removido del lente Ahora que el filtro de infrarrojos fue removido del lente ste necesita ser remplazado con un filtro de luz visible Es posible hacer un filtro de luz visible usando un pedacito de la l mina magn tica del interior de un diskette o tambi n de un pedazo de negativo de fotograf a los cuales dan un resultado aceptable Este tiene que ser colocado en el espacio cuadrado ubicado entre el lente y el sensor de imagen Ver figura 24 38 Figura 24 Adaptaci n de filtro de luz visible al lente Luego de este proceso se ensambla todo de nuevo lo cual convierte la c mara del PlayStation 3 solamente en una c mara infrarroja Cabe recalcar que cuando se remueve el filtro infrarrojo de la c mara el ngulo de foco se des configura un poco pero ajustando el lente se logra un ngulo aceptable Ya realizados estos pasos el prototipo de la multi touch table estar a casi terminado lo siguiente y ltimo es colocar el proyector conectado a la computadora en el piso del caj n de soporte junto con un espejo para as poder reflejar la imagen hacia la pantalla y con un software especializado poder utilizar la multi touch table Ver figura 25 II 39 Figura 25 Imagen real de prototipo terminado Dise o del circuito el ctrico El dise o del circuito el ctrico es la parte fundamental en el desarrollo de la multi touch table ya que ste es
13. touch table puede ser realizada a un m s bajo costo que las comerciales Utilizando materiales no tan costosos y f ciles de conseguir pudimos dise ar y construir una pantalla de contacto m ltiple lista para interactuar con el usuario Este proyecto utiliza una de las cinco metodolog as investigadas para crear multi touch tables por lo que ser a importante realizar m s investigaciones por parte de estudiantes o profesionales para as ampliar los conocimientos acerca de las dem s metodolog as multi touch existentes ya que esto ser el futuro de la computaci n y de la interacci n humano m quina En cuanto a los aspectos delicados de este proyecto con respecto a los materiales necesarios para construirlo los LEDs Infrarrojos no fueron f ciles de conseguir debido a que en nuestro pa s no se cuenta con los LEDs que cumplan con las especificaciones requeridas nicamente se cuenta con LEDs Infrarrojos de 950nm de longitud de onda y no de otros rangos lo cual complic la construcci n de nuestro proyecto La nica manera de obtenerlos fue traerlos del exterior lo cual fue un tanto complicado La aplicaci n multi touch USFQ es una aplicaci n muy sencilla y su prop sito fue mostrar claramente la forma de interactuar directamente con la pantalla de una multi touch y los beneficios que nos podr a ofrecer en el futuro aplic ndolos en aspectos m s profesionales II 59 Finalmente se puede concluir que todos los objeti
14. 3 http definicion de fuente de poder 63 ANEXOS I Programaci n MT4J Archivo PDF Cd adjunto II Datasheet LEDs Infrarrojos OSRAM 850nm III IV VI Archivo PDF Cd adjunto User Manual PS3 EYE Archivo PDF Cd adjunto Instalador CL Eye Driver Archivo EXE Cd adjunto Instalador Eclipse IDE for Java Developers Archivo EXE Cd adjunto Presupuesto Archivo Excel Cd adjunto
15. MT B advanced flickrMT data E advanced flickrMT lib 3 advanced fluidSimulator EB advanced fluidSimulator lib HH advanced models3D B advanced models3D data ja EH advanced modestMapsMT B advanced modestMapsMT B advanced modestMapsMT EH advanced mtShell B advanced mtShell data imac 8 advanced physics B advanced physics data imac advanced physics lib EB advanced physics physicsSF 8 advanced physics scenes 8 advanced physics util B advanced puzzle HB advanced puzzle data BB adv d ep E Problems 2 Javadoc B Declaration El Console 2 advanced spac e el Figura 43 Aplicaciones multi touch en el MT4J Para acceder y utilizar nuestra aplicaci n multi touch creada lo primero es buscar en la lista de ejemplos del MT4J nuestro programa el cual como se lo mencion anteriormente se llama Usfq Al hacer click en el programa este se expandir y se podr observar dos archivos Java los cuales son StartUSFQ y USFQScene Como se observa en la Figura 44 para poder utilizar la aplicaci n lo que se hace es dar un click derecho en el archivo StartUSFQ en donde aparecer una ventana con varias opciones lo siguiente es escoger la opci n Run As la cual nos lleva a otra ventana Damos un click en Java Aplication y con eso nos lleva directamente a la pantalla de nuestra aplicaci n para usar en nuestro proyecto de multi touch table Para utilizar los
16. R ERE URSUS 16 2 C mara PSS EYE aiidauuentaet iie ie ian oe awe va Lese e LEEREN e eoe e RR eR dedo SED ce Ra Api PES 17 3 Fuente de Alimentaci n eee eee sees esee eene crono nn seen tenent ER EEEN RANE nennen 18 II ELEMENTOS MEC NICOS ccccccsssccsssseescscesscecessseessssesscscssseecsssessescesscscsseesessssesscessescesnesenes 19 I Plancha de Acrilico i auis uite c te ee ta ege de ee a M eee undo da 19 2 S DTI HET 21 3 Superficie Compaltible 4 siete et i t Re e ett EER 22 AJO 022r Emm 23 TIT TEOR A DE FUNCIONAMIENTO ccccccsssceesseceessecssseccssscecseecesssecsuseeessecessseceseeessssessaecesseeceas 24 1 Efecto FTIR y de LEDs Infrarrojos eese eee enne nre nennen nennen nenne 24 2 Proyecci n hacia la pantalla eese esee eene tenente ernst entente 26 IV CONFIGURACI N DE LA COMUNICACI N USB DE LA PS3 EYE ceeeeeee ees 27 CAPITULO 2 DISENO Y SOLUCION 5e accepit icc ee e Pe QU De RD CUNG 29 I DISENO Y CONSTRUCCI N DEL PROTOTIPO cessent eene eee eene enne erret se tense nnne 29 TI DISENO DEL CIRCUITO EL CTRICO cese nennen eren eenren enr en treten rese anar anna no en nennen 39 MI PROGRAMACI N Gu Gate User ts nc as teat eagles Siteate 41 1 Explicaci n Programaci n del MT4 esses entere entree nentes 4 IV COMUNICACI N F SICA cccccccccccecesssseccccccececsssscncccescecessessacceeceecesssseaccecececsess
17. Table Figura 28 L gica del programa MT4J En la Figura 28 podemos observar la l gica que utiliza el programa MT4J para poder hacer funcionar y desarrollar aplicaciones para dispositivos multi touch La entrada del hardware en este caso ser a la multi touch table donde se env a la informaci n y la posici n al dispositivo de entrada de la multi touch En este paso los datos de entrada son convertidos a eventos de entrada unificada lo cual crea la funcionalidad espec fica para el tipo de entrada Luego de esto los eventos pasan a la entrada del proceso aqu los gestos de escala y rotaci n son encontrados es decir todos los movimientos hechos por el usuario sobre la pantalla de la multi touch table son reconocidos Despu s sigue la presentaci n en donde se divide en dos reas las cuales son la parte de programaci n y de procesamiento En la parte de programaci n existen las scenes las canvas y los componentes los cuales son simplemente c digos usados por el programa 43 para crear programaci n gr fica para el desarrollo de aplicaciones multi touch Lo siguiente es el procesamiento en donde se realiza el rendering lo cual simplemente es cuando se usa la aplicaci n gr fica por completo En nuestro proyecto se realiz un programa sencillo para aplicarlo en la multi touch table el cual se lo llam USFQ El programa lo que nos permitir realizar es con el uso de los dedos de las manos mover el
18. UNIVERSIDAD SAN FRANCISCO DE QUITO Multi touch Table utilizando LEDs Infrarrojos Daniel Alexander Burneo Villavicencio Omar Aguirre Msc Director de Tesis Tesis de grado presentada como requisito para la obtenci n del t tulo de Ingeniero El ctrico Electr nico Quito Diciembre 2012 UNIVERSIDAD SAN FRANCISCO DE QUITO COLEGIO DE CIENCIA E INGENIER A EL POLIT CNICO INGENIER A EL CTRICA ELECTR NICA HOJA DE APROBACI N PROYECTO FINAL DE INGENIER A MULTI TOUCH TABLE UTILIZANDO LEDS INFRARROJOS DANIEL BURNEO VILLAVICENCIO Omar Aguirre MSc Director de Tesis Director Ingenier a El ctrica Electr nica Bernard Herrera Ing Miembro del comit de Tesis nE Era coc VI lude m Santiago Navarro PhD Pn jeg vu 2 O A Miembro del comit de Tesis AIRE Santiago Gangotena PhD Decano del Colegio de Ciencias e Ingenier a Quito Diciembre 2012 DERECHOS DE AUTOR Por medio del presente documento certifico que he le do la Pol tica de Propiedad Intelectual de la Universidad San Francisco de Quito y estoy de acuerdo con su contenido por lo que los derechos de propiedad intelectual del presente trabajo de investigaci n quedan sujetos a lo dispuesto en la Pol tica Asimismo autorizo a la USFQ para que realice la digitalizaci n y publicaci n de este trabajo de investigaci n en el repositorio virtual de conformidad a lo dispuesto en el Art 144 de la Ley Org nica de Edu
19. ando se presionan los dedos es lo que causa el efecto FTIR reflejando la luz hacia la c mara Sin embargo cuando se arrastran los dedos sobre la superficie el efecto se vuelve m s d bil o a veces desaparece completamente Para resolver este problema se necesit crear lo que describimos como una superficie compatible La superficie compatible se la cre esparciendo silic n alrededor de todo el papel calco Cuando se realiza este proceso el silic n crea una capa muy delgada de micro manchas con una textura un tanto gomosa y resistente Esto es ideal ya que permite al papel calco ser colocado encima del acr lico con la parte del silic n hacia abajo y con esto m s f cil crear el efecto FTIR ya que como se explic anteriormente cuando se hace presi n en el papel calco el silic n se aplasta en el acr lico acopl ndose por un momento con la superficie la cual altera la forma en que la luz rebota alrededor y adentro de la pantalla lo cual permite que m s luz escape por debajo hacia la c mara 35 Para crear la superficie compatible primeramente se peg el papel calco sobre una superficie plana y se aplic el silic n tres veces sobre todo el papel con un rodillo y dejando esperar m s o menos una hora entre cada capa de silic n La aplicaci n de las tres capas mejor mucho el efecto FTIR requerido Ver Figura 20 Figura 20 Creaci n de Superficie Compatible Siguiendo con la construcci n de la multi touch table e
20. ar Next Camera para cambiar a la siguiente c mara conectada que en nuestro caso es la PS3 Eye Mientras no haya dedos presentes presionar Remove Background para capturar el fondo Si un ambiente que tiene luz cambia muy seguido presionar Dynamic Substract Ver Figura 35 Community Core Vision i h Source Image M show ouriines o SHOW IDS i Tracked Image _ verse IMAGE THRESHOLD 72 MOVEMENT FILTERING 2 usE CAMERA PREVIOUS CAMERA NEXT CAMERA Buse voeo MIN BLOB SIZE 86 MAX BLOB SIZE 86 1 Time jluti Background Smooth Highpass REMOUE ES 8 SMOOTH 3 BLUR 172 Bl ovuamo suernnor mem Learn speen 177 P Ct o Figura 35 Fuente de imagen en CCV Como se construy una Multi touch table FTIR lo que se necesita hacer es apagar el filtro Highpass y el filtro Amplify Luego encender el filtro Smooth y ajustarlo para remover el sonido Si las manchas son d biles encender el filtro Amplify para darle m s brillo a las mismas Ver Figura 36 50 Background Smooth gt E Highpass gt Es Amplify ES AS REMOVE BG E SMOOTH 2 BLUR 1 amp AMPLIFY 16 lll ovnanic SUBTRACT NOISE 4 Figura 36 Ajuste de filtros en CCV Finalmente se necesita ajustar el Threshold en la ventana Tracked hasta que solo los dedos de la mano sean rastreados y no haya manchas falsas presentes Adem s cabe recalcar que en el lado de comuni
21. caci n Superior Nombre Daniel Alexander Burneo Villavicencio C I 1104197528 Fecha 20 de Diciembre de 2012 Agradecimientos A mis padres Miguel y Cecilia a mis hermanos Miguel Andr s y Andrea a mi esposa Silvia y a mis abuelos Olguita Amanda y Eduardo por el apoyo incondicional la ayuda y la confianza depositada en m para conseguir este logro acad mico A Paulo Guerra y Omar Aguirre por su total ayuda y colaboraci n prestada para la elaboraci n de este trabajo de graduaci n Daniel Burneo Villavicencio Resumen En la actualidad los sistemas touchscreen tales como el IPod IPad y tel fonos celulares han revolucionado la forma de interacci n humano m quina tanto as que se han desarrollado dispositivos multi touch los cuales son considerados el futuro de la computaci n y la comunicaci n principalmente debido a la facilidad y comodidad que nos brindan al utilizarlos Sin embargo estos dispositivos multi touch como la Microsoft Surface tienen costos demasiado elevados por lo cual se est n desarrollando m todos para dise ar y construir prototipos m s econ micos y accesibles para la gente En este proyecto una Multi touch Table utilizando Leds infrarrojos se informa acerca del dise o y construcci n de un sistema multi touch a m s bajo costo utilizando una de las cinco metodolog as investigadas la FTIR as como la creaci n de una aplicaci n multi touch para mostrar la forma de inte
22. caci n se tiene que presionar Send TUIO ya que este es el encargado de que haya el rastreo o tracking cuando se est utilizando el programa Ver Figura 37 Tracked Image E ee ovruo s 0 Mee os 0 THRESHOLD ASE 8 Figura 37 Ajuste del Threshold y TUIO en CCV Ahora para calibrar el Community Core Vision para la camara y el proyector lo que se necesita hacer es arrancar el proceso de calibraci n La calibraci n permite que los puntos de toque se alineen con los elementos en la pantalla De esta manera cuando se toca algo que est presente en la pantalla el toque es registrado en el lugar correcto Para hacer esto el CCV tiene que traducir el 51 espacio de la c mara en el espacio de la pantalla esto se realiza al tocar los puntos de calibraci n individuales Cuando ya se tiene la imagen del CCV siendo proyectada hacia la pantalla y ya configurado el programa para que reconozca las manchas de los dedos lo siguiente es la calibraci n Primeramente se presiona el bot n de calibraci n o la letra c para entrar a la pantalla de calibraci n Aqu una serie de opciones aparecer n para empezar con la calibraci n Ver Figura 38 Figura 38 Pantalla de calibraci n de CCV Como se observa en la Figura 39 una red de puntos de cruz verdes aparecer Estas cruces son los puntos de calibraci n que se tocan una vez iniciada la calibraci n En la pantalla aparecer un cuadro delimitador blanco que rod
23. cer funcionar nuestra aplicaci n en el MT4J creada exclusivamente para el proyecto 14 OBJETIVOS 1 Construir una Multi touch Table a m s bajo costo 2 Investigar la metodolog a ptica de Reflexi n Interna Total Frustrada o FTIR para la construcci n de la multi touch table 3 Utilizar LEDs Infrarrojos para crear el efecto FTIR 4 Realizar la comunicaci n de la PS3 Eye con la computadora mediante USB 5 Comunicar la multi touch table con la computadora utilizando el Community Core Vision 6 Programar una aplicaci n multi touch tal que a Interact e directamente con el usuario b Tenga el nombre USFQ c Utilice el Multi touch For Java como compilador 7 Utilizar el Multi touch For Java para mostrar m s aplicaciones con las que se pueda utilizar la multi touch table 15 CAP TULO 1 MARCO TE RICO 1 1 LA MULTI TOUCH TABLE Una multi touch table se denomina al conjunto de t cnicas de interacci n que permiten a los usuarios de computadoras controlar aplicaciones gr ficas con el uso de los dedos Los dispositivos multi touch consisten en una pantalla t ctil ej Pantalla del ordenador mesa pared o touchpad as como de un software que permita reconocer m ltiples puntos de contacto simult neamente contrario a la pantalla t ctil est ndar ej Touchpad de la computadora ATM la cual reconoce solo un punto de contacto La interfaz natural de usuario y su influencia en el dise o de interfaces gestuale
24. cesita hacer es crear el campo de texto Como se observa en la Figura 31 aqu se indica donde el texto va posicionado la anchura y altura del campo luego que fondo va a hacer usado y lo pasamos a la referencia de aplicaci n multi touch MTTextArea textField new MTTextArea mtApplication fontArial textField setPositionGlobal new Vector3D mtApplication width 2f mtApplication height 2f Figura 31 C digo para crear campo de texto Lo ltimo es escribir en el campo de texto qu mensaje este va a mostrar y adherir el campo de texto a la escena Ver Figura 32 La clase AbstractScene tiene un MTCanvas este canvas es donde todos los widgets son colocados Los MTCanvas pueden contener diferentes widgets todos los widgets extienden la clase MTComponet textField setText USFQ this getCanvas addChild textField Figura 32 C digo para mostrar texto Ya realizada esta programaci n se guardan todos los archivos y nuestra aplicaci n estar a terminada y lista para utilizar 46 2 Comunicaci n F sica Como parte importante del proyecto est la comunicaci n f sica entre la Fuente de Computadora de 12 V y los LEDs Infrarrojos Luego de haber conectado todos los LEDs Infrarrojos alrededor de la l mina de acr lico primero todos en serie formando cadenas de ocho LEDs y luego esas cadenas conectadas en paralelo lo siguiente es que estas vayan conectadas con la fuente de poder de 12 V Para esto en las especif
25. ch table 16 25 48 Community Core Vision Source Image M show outuines 0 SHOW IDS i Tracked Image INVERSE IMAGE THRESHOLD 72 MOVEMENT FILTERING 2 USE CAMERA PREVIOUS CAMERA NEXT CAMERA EEN Muse voeo MIN BLOB SIZE 9 MAX BLOB SIZE 96 ion Time Background Smooth A Highpass Amplify C Remove es e SMOOTH 7 BLUR 12 aMPLiFy 300 Mlovnamo suetracr A LEARN SPEED 177 NOISE O Www nuigroup com cov 1 3 Figura 34 Plataforma del CCV Para poder rastrear o hacer tracking de objetos primeramente el CCV necesita ser configurado y calibrado El objetivo es tener una imagen final rastreada que tenga manchas blancas viniendo de los dedos de las manos u objetos colocados en la superficie multi touch sin ning n ruido de fondo o manchas visibles falsas Para conseguir este objetivo varios filtros de imagen deben ser ajustados Mediante los siguientes pasos de configuraci n podremos obtener una imagen clara y manchas distintivas como en la figura anterior La configuraci n que se dar es buena para empezar aunque dependiendo de las condiciones de la multi touch estas pueden variar por lo que es recomendable jugar un poco con estas Luego de haber instalado y extra do los archivos del programa la aplicaci n se iniciar y la imagen de una c mara o video debe ser mostrada en la ventana que se ala fuente o source 49 Si la c mara equivocada es mostrada presion
26. cto e Resistencia a esfuerzos mec nicos considerables e Resistencia qu mica e Propiedades el ctricas e Material termopl stico En nuestro proyecto la l mina de acr lico es la base de la pantalla de la multi touch table la cual sirve como medio para la luz infrarroja El acr lico tiene algunas propiedades el cual lo hacen apropiado para el uso de este proyecto Primero ste tiene las propiedades pticas adecuadas lo que permite un buen efecto FTIR Adicionalmente como se mencion es ligero fuerte y muy claro m s que el vidrio Se necesita un acr lico de 9mm de espesor para prevenir alg n doblamiento cuando se est tocando la pantalla 21 2 Caj n de soporte Figura 5 Caj n de Soporte El caj n de soporte como se observa en la Figura 5 es simplemente la estructura que sostiene todo junto ste realmente necesita cumplir con una funci n soportar la pantalla incluyendo el acr lico los LEDs Infrarrojos y la superficie compatible y adem s una locaci n la cual sea accesible para colocar el proyector la c mara y el espejo Este caj n es esencialmente un cubo de madera con un agujero cuadrado en la parte de arriba y un panel frontal removible La pantalla se sit a encima del caj n 7 22 3 Superficie Compatible Figura 6 Superficie Compatible La superficie compatible es una capa sobrepuesta sobre el acr lico en un sistema multi touch basado en FTIR Esta superficie necesita ser hecha
27. ctr nico que provee electricidad con la que se alimenta una computadora Es una fuente el ctrica que puede proporcionar corriente el ctrica gracias a la generaci n de una diferencia de potencial entre sus bornes 19 Se encarga de convertir la tensi n alterna de la red industrial en una tensi n casi continua Para esto consta de un rectificador fusibles y otros componentes que le permiten recibir la electricidad regularla filtrarla y adaptarla a las necesidades de la computadora En nuestro proyecto vamos a utilizar la fuente de poder de una computadora para encender todas las cadenas de los LEDs infrarrojos conectadas en paralelo alrededor de una l mina de acr lico II ELEMENTOS MEC NICOS 1 Plancha de Acr lico Figura 4 L mina de Acr lico de 9mm El acr lico es una de las tantas variantes del pl stico Se obtiene de la polimerizaci n del metacrilato de metilo y la presentaci n m s frecuente que se lo encuentra en la industria del pl stico es en l minas 33 6 20 Compite en cuanto a aplicaciones con otros pl sticos como el policarbonato PC o el poliestireno PS pero el acr lico se destaca frente a otros pl sticos transparentes en cuanto a resistencia a la intemperie transparencia y resistencia al rayado Dentro de las propiedades del acr lico encontramos tales como e Resistencia a la intemperie e Brillantez y claridad e Ligereza y transmisi n de luz e Resistencia al impa
28. e el MT4J ha sido acepado y est listo para usar Ver Figura 42 a Import m S Select p 5 Create new projects from an archive file or directory Select an import source pe filter text 4 2 General E Archive File o Breakpoints 1 Existing Projects into Workspace G File System E Preferences cvs amp Mylyn gt Team 4 2 Other gt Checkout Projects from SVN Figura 41 Importando el MT4J 55 Projects Y MT4j SelectAll Deselect All Refresh 9 lt Back Next l Finish W Cancel Figura 42 MT4J listo para su uso Hecho esto para empezar a utilizar las aplicaciones que vienen en el MT4J junto con nuestra aplicaci n multi touch llamada USFQ se necesita abrir Eclipse y seleccionar Package Explorer en donde una carpeta llamada MT4j debe aparecer Luego de expandir la carpeta MT4j se selecciona la carpeta examples en donde se exhiben la lista de las aplicaciones que vienen previamente con el programa y todos los nuevos proyectos y aplicaciones creadas entre los cuales est la nuestra Ver Figura 43 56 amp Java Eclipse File Edit Source Refactor Navigate Search Project Run Window Help ri 0 Q 46 05 S gt rl gt ov gt I Package Explorer 3 EaS s gt 2 MT4j ES src 4 2 examples EB advanced drawing advanced drawing data B advanced drawing data ima B advanced flickr
29. ea a los puntos de calibraci n pero si este cuadro blanco no es claramente visible y no se encuentra alineado con la superficie de toque proyectada se necesita usar la opci n Aligning Bounding Box to Projection Screen el cual se encuentra 52 en la pantalla del CCV que sirve para alinear el cuadro delimitador y los puntos de calibraci n para que as estos se ajusten a la superficie de toque Se mantiene presionado haciendo mover con las flechas del teclado la letra w para mover el cuadro hacia la parte superior a para mover a la parte izquierda s para mover a la parte inferior o d para mover a la parte derecha Figura 39 Red de puntos de calibraci n del CCV Si se est utilizando una c mara de enfoque ancho o si se desea una mejor precisi n en el toque m s puntos de calibraci n pueden ser adheridos en la pantalla Para esto se utiliza la opci n Changing Grid Size Para hacer esto se ee 99 presiona la tecla para adherir m s puntos o para remover los puntos alrededor del eje x y teniendo presionado shift junto con las teclas y respectivamente se adhiere o remueven los puntos en el eje y Ver Figura 40 Ahora hecho esto se puede empezar con la calibraci n presionando c de nuevo Un c rculo rojo aparecer en el punto de toque de calibraci n actual se necesita tocar cada uno de los puntos hasta que todos sean presionados Si un II 53
30. el que crea el efecto FTIR lo cual hace funcionar la multi touch La forma m s simple de dise ar el circuito el ctrico es utilizando una aplicaci n obtenida en internet la cual calcula directamente y realiza el circuito el ctrico de los LEDs Infrarrojos Como se observa en la Figura 26 la aplicaci n cuenta con cuatro casilleros para llenar los datos espec ficos de los LEDs los cuales se pueden encontrar en el Datasheet del mismo Lo primero que se requiere es indicar la fuente de voltaje que se va a usar para todo el circuito lo cual en nuestro caso es una fuente de computadora de 12 V Lo siguiente es escribir el voltaje con el que funcionan los LEDs el cual es de 1 5 V Luego se necesita escribir la corriente requerida por los LEDs para 14 17 40 funcionar la cual es 100 mA y por ltimo lo que se requiere escribir es el n mero de LEDs que se quiere en el circuito lo cual fue de 8 con lo que se dise ar a el circuito Power supply voltage V 12 LED voltage drop V 1 5 LED current rating mA 100 Number of LEDs 8 Output 9 Wiring Diagram D Schematic Design Circuit 14 Figura 26 Dise o de circuito el ctrico Debido a que el voltaje que cruza a trav s de cada LED es 1 5 V y estamos usando una fuente de computadora que funciona a 12 V se soldaron los LEDs Infrarrojos en cadenas de ocho para dar en total 12 V que pasen por cada uno de estos y junto con una resistencia de 1 ohm para protecci n
31. ema como se mencion es que en nuestro pa s no se conoce que tipo de longitud de onda los LEDs tienen y la mayor a son los est ndar que tienen 950nm de longitud de onda por lo que 60 es recomendable investigar en donde se puede conseguir este tipo de LEDs con las especificaciones requeridas Con el Community Core Vision el cual es el programa clave para crear la multi touch table lo recomendable es jugar un poco con los filtros y las opciones de c mara para as obtener unas buenas manchas brillantes de los dedos y f ciles de detectar por la c mara infrarroja Con respecto a las aplicaciones lo recomendable es empezar con algo sencillo para as entender la forma de funcionar de un dispositivo multi touch el programa MT4J es un programa sencilo y su programaci n f cil de comprender Siguiendo estas recomendaciones e investigando mucho m s sobre el tema y sus metodolog as no se tendr alguna complicaci n grave acerca del dise o y construcci n de su propia multi touch table a m s bajo costo 61 BIBLIOGRAF A 1 Nui Group Multi touch Technologies Nui Mayo 2009 2 http www microsoft com surface 3 http www wisegeek com what 1s an infrared led htm 4 http en wikipedia org wiki PlayStation Eye 5 http us playstation com ps3 accessories playstation eye camera ps3 html 6 http www pac com ve index php optionzcom content amp viewzarticle amp catid 64 industria amp Itemid 87 amp id 5603
32. error es cometido presionar r para regresar al ltimo punto tocado y si existen falsas machas de los dedos se presiona b para recapturar el fondo Ver Figura 40 Figura 40 Calibrando el CCV Luego de haber completado la calibraci n la pantalla regresara al inicio y la exactitud puede ser comprobada presionando en el rea de toque Si la calibraci n no es exacta se puede calibrar de nuevo o regresar a la configuraci n principal presionando la tecla x para ajustar mejor los filtros Utilizando Multi touch for Java MT4J El Multi touch for Java o MT4J como se mencion antes es un software que sirve para la programaci n de aplicaciones multi touch y adem s para la compilaci n de las mismas y tambi n ste cuenta con una variedad de ejemplos de aplicaciones para poder utilizarlas en nuestro proyecto 54 Para poder empezar a utilizar el MT4J es necesario instalar previamente el Eclipse ID for Java Developers El Eclipse es un software libre multiplataforma compuesto por un conjunto de herramientas de programaci n necesarias para construir aplicaciones Java utilizando MT4J ya sean compiladores editores de c digo y dem s configuraciones Una vez instalados y extra dos los archivos de Eclipse se necesita primeramente importar el MT4J hacia Eclipse Para esto se selecciona Import Existing Projects into Workspace Figura 41 se busca la carpeta donde fue bajado el programa hasta que salga qu
33. i n presente en ciertos materiales cuando la luz entra en un material desde otro material que tiene un ndice de refracci n m s alto con un ngulo de incidencia mayor al de un ngulo especifico El ngulo espec fico en el cual esto ocurre depende de los ndices refractivos de ambos materiales y es conocido como el ngulo cr tico 25 Cuando esto ocurre no se produce refracci n en el material y el rayo de luz es totalmente reflejado Este es el fen meno que se aprovecha en la multi touch table Cuando se coloca la luz infrarroja que emiten los LEDs en el interior de la plancha de acr lico los rayos infrarrojos golpean los bordes superior e inferior del acr lico el cual es sujeto al efecto llamado Reflexi n Interna Total Esto adem s causa que los rayos sean totalmente mantenidos o atrapados en el acr lico Ver Figura 8 Figura 8 Reflexi n Interna Total Luego cuando los dedos del usuario entran en contacto con la superficie de la pantalla los rayos de luz infrarrojos se dice que son frustrados ya que estos ahora pueden pasar a trav s del material de contacto usualmente la piel ocasionando que la reflexi n ya no sea total en ese punto Ver Figura 9 Esto causa que la luz sea dispersada o reflejada hacia abajo a trav s del acr lico y dentro del caj n de soporte donde es detectada por una c mara infrarroja capaz de captar estas manchas creadas por los dedos y transmitirlas a un software de seguimiento
34. icaciones de la fuente se observa que el cable amarillo con el negro son los necesarios para enviar 12 V y para encender la fuente basta hacer un puente con el cable verde y negro Simplemente conectamos todos los polos positivos de las cadenas de LEDs juntos e igual las negativas para luego conectarlas directamente con el cable amarillo de 12V y negro que es tierra Figura 33 Conexi n f sica de fuente de poder 47 CAPITULO 3 FUNCIONAMIENTO Y ESPECIFICACIONES MANUAL DE USUARIO En este cap tulo vamos a indicar como es el funcionamiento tanto del Community Core Vision como del MT4J Multi touch for Java De igual manera se explicar la configuraci n calibraci n necesaria y pasos a seguir para lograr un funcionamiento correcto de la multi touch table I Utilizando Community Core Vision El Community Core Vision o CCV es un software libre para visi n y detecci n de computadoras ste toma una fuente de entrada de video y la env a como seguimiento de datos coordenadas y tama os de las manchas creadas por los dedos y de eventos movimiento de dedos que son usados en la construcci n de aplicaciones multi touch En la Figura 34 se observa la plataforma del programa en s y sus comandos B sicamente lo que realiza el programa es hacer el seguimiento o tracking de los dedos de las manos o de las manchas como se mencion anteriormente para que as funcionen las aplicaciones creadas para la multi tou
35. iento de la c mara 29 CAP TULO 2 DISENO Y SOLUCI N I Dise o y Construcci n del prototipo La construcci n de prototipo debe ser de tama o real es decir un tama o apropiado para facilitar la interacci n del usuario con la pantalla M s o menos como el de una mesa de escritorio Dentro del dise o primeramente se ha pensado en un caj n de soporte de esta forma se puede poner en el interior el proyector el espejo y la fuente de alimentaci n adem s de los cables de conexi n protegiendo as de los elementos de la humedad y temperatura Como se observa en la Figura 13 el caj n de soporte tiene 70 cm de largo por 60 cm de ancho y 75 cm de alto De esta forma tenemos altura suficiente para que entre el proyector con los dem s elementos y adem s para que la proyecci n hacia la pantalla en la superficie sea la adecuada Cabe recalcar que dependiendo del tama o de la pantalla que se requiera la altura del caj n obviamente variar En nuestro caso se realizaron pruebas previas con el proyector y el espejo reflejando una imagen hacia el vidrio de una mesa Ya ajustada la proyecci n se procedi a tomar medidas del espacio necesario para construir el caj n y el tama o de la pantalla deseado En la parte de arriba del caj n hay un agujero cuadrado de 40 cm de largo por 50 cm de ancho en donde se asentar la plancha de acr lico usada para la pantalla 30 0 50 0 40 0 75 9 o4 0 60 Figura 13 Ca
36. isores Infrarrojos marca OSRAM de 850nm de longitud de onda Ver Figura 17 este intervalo de longitud de onda es el m s apropiado para que la c mara del PlayStation 3 detecte m s f cilmente los rayos infrarrojos emitidos a trav s del acr lico Los LEDs Infrarrojos van colocados en los cuatro lados de la l mina de acr lico con una separaci n de 2 mm cada uno La forma m s f cil de colocarlos fue ajust ndolos con cinta aislante para que as queden pegados junto a la l mina de acr lico Ver figura 18 33 Figura 17 LED emisor Infrarrojo OSRAM 850nm Figura 18 LEDs Infrarrojos ajustados al acr lico Ahora que se tiene la l mina de acr lico y los LEDs Infrarrojos colocados en los cuatro bordes del acr lico la pantalla no puede todav a ser utilizada debido a dos inconvenientes Primeramente la l mina de acr lico de demasiada clara casi m s que el cristal y como se tiene que proyectar una imagen al acr lico esta simplemente pasar a a trav s del mismo Para resolver este problema se utiliz una l mina de papel calco el cual es esencialmente un papel de dibujo de alta calidad El papel calco actuar como la superficie de proyecci n de la pantalla Ver Figura 19 34 Figura 19 Papel calco como superficie de proyecci n El otro inconveniente se hace notable cuando se apagan las luces y la c mara captura lo que pasa cuando se est tocando la superficie En el acr lico con el papel calco cu
37. j n de soporte de elementos La l mina de acr lico como se lo mencion antes es la clave de la pantalla de la multi touch table Se construy la pantalla de una l mina de acr lico de 41 cm de largo por 51 cm de ancho y 9 mm de espesor Ver Figura 14 y 15 Suficiente espesor para prevenir alg n doblamiento notable en la l mina incluso cuando la presi n es aplicada en el medio de la pantalla Una pantalla m s grande necesitar un espesor m s grande 31 Slem S E Slem Figura 14 Parte superior del caj n de soporte Figura 15 Imagen real de parte superior de caj n soporte Cuando el acr lico se lo corta este siempre viene con los bordes muy speros y por lo tanto muy opacos Como necesitamos que la luz infrarroja pase a trav s del acr lico se necesit lijar los bordes hasta obtener unos filos casi transparentes Para esto se utiliz y lo recomendable fue primero lijar los bordes de la l mina con un papel de lija de grano 280 luego con uno de 320 500 hasta 32 llegar a 1500 el cual nos dio un resultado muy bueno como se observa en la Figura 16 Figura 16 L mina de acr lico con bordes lijados El paso siguiente en la construcci n de la pantalla de la multi touch table son los LEDs Infrarrojos Como se mencion antes los LEDs Infrarrojos son la parte esencial de la pantalla ya que gracias a su luz infrarroja emitida se crea el efecto FTIR Lo que se realiz fue obtener 120 LEDs em
38. l siguiente paso es la modificaci n de la c mara del PlayStation 3 Como se lo mencion anteriormente la c mara tendr que reconocer solo luz infrarroja y no luz visible por lo que una modificaci n es necesaria Lo primero que se realiz fue remover los cuatro pequefios discos negros pegados sobre los tornillos Como se observa en la Figura 21 lo m s recomendable es usar una navaja de corte rectangular 36 Figura 21 Removiendo los peque os discos Una vez que la cobertura negra es removida los tornillos pueden ser removidos y las dos mitades de la c mara separadas Ya que estas dos mitades son pegadas la forma m s simple de abrir es usando un destornillador plano hasta que las dos mitades puedan ser separadas Ver figura 22 Figura 22 Separaci n de la c mara Con la mitad negra de la c mara removida la placa de los circuitos se ve expuesta Lo siguiente es remover todos los tornillos que se encuentran en la placa hasta llegar a los m s peque os que se encuentran debajo de la base de la c mara lo que libera el lente de la c mara en donde se encuentra un peque o 37 filtro de luz infrarroja el cual es necesario que sea removido EI filtro infrarrojo es un peque o pedazo de cristal medio rojizo colocado en la parte m s sobresaliente del lente de la c mara Para remover este peque o filtro fue necesario usar una navaja de corte rectangular con la cual cortando en c rculos y haciendo presi n alrededor del
39. nteaceseeceeseneaaecs 46 CAPITULO 3 FUNCIONAMIENTO Y ESPECIFICACIONES MANUAL DE USUARIO 47 I UTILIZANDO COMMUNITY CORE VISION cccssccccecsecccceceecccceceeccceceeauccecseaceecesaccecesnaceecesaes 47 IL UTILIZANDO MULTI TOUCH FOR JAVA csccccesseccccecesscccecsescccecseacccecseacececssaaceceeenaececeeaceeeesaes 53 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES eee e eee eese esee tanen see tata see eese see tesa ses enun 58 Tr CONCLUSIONES 24 res de cast eo eo Le te o A e Mee totes eS O 58 IL RECOMENDACIONES ccccccesesccccecssccecesseccccecseccececseacececseatececseaaececeeuceeceeaceecesnaceeceetuceecesaes 59 BIBLIOGRAFIA sia adicit e oo a dee E EE 61 NN O A AO 63 I PROGRAMACION MT Tn 63 IL DATASHEET LED INFRARROJO OSRAM 850NM cssscccecsecccceceecccceceescccecesaceecesaceecestacereesaes 63 IL USER MANUALES EYE rete ete e a e edeess 63 IV INSTA ADOR CE PYE DRIVER 2 baii aldeas 63 V INSTALADOR ECLIPSE IDE FOR JAVA DEVELOPERS ccooooccccccononccnnnnnnccnonnonccnonnnnccnonnancci nnoss 63 VIL PRESUPUESTO iii tds 63 10 LISTA DE GR FICOS Y TABLAS Fioura 1 Diodo L ED Infratto j0 ii epi iden 16 Fig ra 2 C mara PS3 EYE ssxeesbse RR RN RUNS ARE ERRARE NEPTIS PE OM QU ids 17 Figura 3 Fuente de Alimentaci n de I12 V sess 18 Figura 4 L mina de Acr lico de IM in 19 Figura 5 Caj n de Soportes id A dE 21 Figura 6 Superficie Compatibles lr esed as onde obe ene auia ae bae cer
40. racci n con el usuario El prototipo se lo realizar a una escala normal es decir va a tener el tama o y dimensiones reales de acuerdo a las especificaciones de una mesa de uso com n Utilizando materiales f ciles de conseguir y aprovechando efectos f sicos de la luz en materiales se pretende construir una multi touch table a m s bajo costo y con los mismos beneficios que los sistemas comercializados en la actualidad Adem s utilizando el MT4J se crear una simple pero til aplicaci n llamada USFQ para mostrar la interacci n directa que se puede lograr con el usuario Se puede concluir que es posible construir una multi touch table a m s bajo costo utilizando materiales no tan avanzados y sencillos Adem s se pretende que con este proyecto se incentive a investigaciones futuras sobre este tipo de tecnolog as Abstract Nowadays touchscreen systems such as IPod IPad and cell phones have revolutionized the way of human machine interaction for this reason multi touch devices have been developed since they are considered to be the future of computing and communication mainly due to the ease and comfort that they offer us when we use them However these multi touch devices such as the Microsoft Surface are too expensive therefore methods are being developed to design and build prototypes more economical and accessible to the people In this project a Multi touch Table using infrared leds we inform about the design and
41. royectos de enfoque corto o utilizando espejos para conseguir la proyecci n de la imagen adecuada para la mesa cuando el proyector usado es de enfoque largo 10 10 III 24 TEOR A DE FUNCIONAMIENTO 1 Efecto FTIR y de LEDs Infrarrojos 11 12 12 14 Antes de empezar con la construcci n de la multi touch table es importante conocer como sta funciona Como se lo mencion anteriormente existen diferentes maneras de construir una multi touch table pero en este proyecto nos enfocaremos en la que emplearemos la pantalla FTIR Una configuraci n FTIR se compone de tres componentes vitales una l mina de acr lico transparente una cadena de LEDs Infrarrojos y una c mara con un filtro de luz visible Ver Figura 9 Los LEDs son colocados alrededor de la l mina de acr lico para que estos se reflejen directamente en las superficies laterales del acr lico La Reflexi n Interna Total Frustrada o FTIR Frustrated Total Internal Reflection como en sus siglas en ingl s es el nombre usado por investigaciones del grupo NUI Natural User Interfase para describir una metodolog a ptica de los sistemas multi touch Este es un fen meno f sico natural que describe lo que le sucede a la luz atrapada en un material cuando un punto de interferencia es introducido en la superficie del cuerpo que la tiene atrapada Este fen meno tiene que ver mucho con el fen meno ptico llamado Reflexi n Interna Total el cual describe una condic
42. s multi touch han tra do cambios fundamentales en el desarrollo de hardware en computaci n especialmente en la creaci n de verdaderos sistemas de hardware multi touch es decir z 1 de m s de dos entradas En la actualidad existen muchas compa as que han desarrollado la tecnolog a multi touch aplic ndolas a dispositivos ya conocidos como son el Ipad Ipod y otras como la Microsoft Surface la cuales tienen un costo muy elevado Por esta raz n se han realizado investigaciones relacionadas de c mo desarrollar y construir multi touch tables a m s bajo costo y utilizando materiales m s simples dando lugar a prototipos de igual funcionalidad e interacci n con el usuario Dentro del mundo de las multi touch tables se han realizado investigaciones tanto de c mo realizar mejoras en los sistemas multi touch ya existentes as como la creaci n de nuevas t cnicas que permitan el desarrollo de no solo sistemas de hardware multi touch sino tambi n de dispositivos multi modal a m s bajo costo como se lo mencion anteriormente 1 2 16 A momento existen cinco t cnicas principales las cuales han sido utilizadas para crear sistemas multi touch estables a m s bajo costo las cuales son Frustrated Total Internal Reflection FTIR Rear Diffused Illumination Rear DI tal como es la Microsoft Surface Laser Light Plan LLP LED Light Plane LED LP y finalmente Diffused Surface Illumination DSI
43. te velocidad de cuadro y la facilidad de modificaci n Sin embargo sta tiene un problema est dise ada para funcionar nicamente con la consola PlayStation 3 y no con la computadora Afortunadamente existen personas que han hecho investigaciones referentes a los sistemas multi touch por lo que se ha desarrollado un driver creado por Alex Popovich el cual le permite a la PS3 EYE ser usada por la computadora P Este driver se lo descarga y se lo instala asegur ndose que la c mara no est conectada al computador Luego de haber instalado el driver se conecta la c mara al USB de la computadora y se espera a que sta sea reconocida y se 28 encuentre lista para usarse por el sistema tal como se lo observa en la Figura 11 1 Driver Software Installation i X PS3Eye Camera installed The software for this device has been successfully installed PS3Eye Camera Ready to use Figura 11 Dispositivo conectado con la computadora Luego de esto para asegurarse de que los drivers de la c mara est n trabajando apropiadamente se corre la aplicaci n CL Eye Test la cual viene junto con el driver instalado Hecho esto una pantalla aparecer en la computadora con la cual se debe poder ver las im genes siendo capturadas por la c mara del PlayStation 3 Ver Figura 12 Setup control Found PS3Eye Camera B4 04 27 1 Capture Format 640x480 30fps EMT Figura 12 Prueba de funcionam
44. texto USFQ en la pantalla en cualquier direcci n y cambiar el tama o de la letra de fondo haciendo movimientos de rotaci n traslaci n y movimientos de expansi n y contracci n respectivamente La programaci n se la realiz utilizando el MT4J que como se mencion anteriormente es un programa de licencia libre que utiliza lenguaje Java Cabe recalcar que para poder utilizar el MT4J es necesario previamente instalar Eclipse ID for Java Developers ya que este programa tiene las configuraciones necesarias para utilizar el lenguaje Java Para crear un programa multi touch lo primero que se necesita hacer es crear una aplicaci n multi touch y para esto se usa la clase MTAplication Todos los componentes multi touch en el MT4J empiezan con MT seguido del nombre del widget o aplicaci n deseada No se debe crear una instancia de la MTAplication en vez de eso se debe extender la clase MTAplication y llamar al m todo initialize este m todo inicia la aplicaci n y hace que todo est listo para usar todo lo que se necesita hacer es adherir una scene o escena a la MTAplication MTAplication tiene un m todo que hay que reemplazar este m todo es startUp Es en este m todo en donde se adherir una scene a la MTAplication Ver Figura 29 44 import org mt4j MTApplication public class StartUSFQ extends MTApplication private static final long serialVersionUID 1L public static void main String args initialize
45. uch tables la forma de construir una a menores costos y utilizando materiales b sicos para el dise o Adem s de c mo programar una aplicaci n propia para poder usar en la multi touch table Para este prop sito se utiliz el efecto FTIR o Reflexi n Interna Total Reflejada en espa ol para la construcci n de nuestra multi touch table Esta es una metodolog a ptica utilizada para explicar el funcionamiento de una multi touch table la cual describe lo que le sucede a la luz atrapada en un material cuando sta es interferida 13 En el informe en primer lugar vamos a describir brevemente los par metros importantes incluyendo los materiales necesarios para la construcci n y la teor a de funcionamiento de una multi touch table utilizando LEDs Infrarrojos Los LEDs son los que crean el efecto FTIR Despu s haremos una descripci n detallada de c mo se disefi y construy nuestra multi touch table as como las modificaciones previas necesarias en algunos elementos para la construcci n tales como la c mara del PlayStation 3 Despu s se describe la programaci n realizada en el Multi touch for Java para la creaci n de nuestra propia aplicaci n para utilizar en la superficie multi touch la cual se la llam USFQ AI final lo que se realiza es la descripci n de la configuraci n y calibraci n del Community Core Vision el cual es un software libre especializado para hacer funcionar nuestra multi touch table y de c mo poder ha
46. utadora y reconocimiento de gestos para procesar im genes tomadas por la c mara Esto permite a los usuarios interactuar con juegos usando detecci n de movimiento y color as como de sonido a trav s de su sistema integrado de micr fonos La PlayStation Eye es capaz de capturar video est ndar con velocidades de cuadro de 60 Hz a 640 x 480 pixeles de resoluci n y de 120 Hz a 320 x 240 2 6 pixeles de resoluci n 18 En nuestro caso vamos a utilizar la c mara PS3 EYE para que sta reconozca los rayos infrarrojos emitidos por los LEDs colocados en la pantalla y puedan ser transmitidos al software especializado en reconocimiento Para esto se necesita una c mara que detecte solo luz infrarroja y no luz visible Resulta que la mayor a de las c maras son capaces de detectar luz infrarroja sin embargo por el bien de preservar un balance de color m s preciso la mayor a de las c maras tienen instalado un filtro infrarrojo el cual causa que la c mara detecte solo la luz que es visible Resulta que la c mara PS3 EYE es una c mara f cil de abrir por lo que se le realiz una peque a modificaci n en la cual se remueve el filtro de infrarrojos que est ubicado en el lente y luego de eso se le adapta un filtro de luz visible convirtiendo la c mara PS3 EYE en una c mara infrarroja 3 Fuente de Alimentaci n Figura 3 Fuente de Alimentaci n de 12 V Una fuente de alimentaci n o fuente de poder es un dispositivo ele
47. vos planteados en un inicio fueron completados con gran xito ya que gracias a la investigaci n previamente realizada se pudo disef ar y construir una multi touch table utilizando LEDs Infrarrojos a un costo mucho m s bajo sin el uso de tecnolog a tan avanzada y crear una aplicaci n multi touch propia llamada USFQ para poder utilizar con nuestro proyecto Recomendaciones Con respecto a las multi touch tables lo recomendable es construirlas realizando un poco de prueba y error los sistemas a m s bajo costo no siempre resultan como lo planeado es importante investigar bastante sobre los materiales metodolog as y dem s partes que se necesiten y que haya disponibles en el pa s En el blog de NUI Natural User Interface existen millones de recomendaciones y preguntas acerca de como disefiar su propia multi touch table y adem s de ofrecer ayuda gratuita si existiera alg n tipo de problemas por lo cual es muy recomendable empezar la investigaci n por este medio La c mara del PlayStation 3 es una forma r pida y econ mica de crear una c mara infrarroja con la modificaci n respectiva pero es recomendable tener una c mara propia solo de de infrarrojos o simplemente adquirir un mejor filtro IR para obtener mejores resultados Los LEDs infrarrojos es necesario que sean de un rango de longitud de onda que vaya desde los 780nm a 940nm ya que es m s f cil para la c mara infrarroja modificada captar la luz emitida El probl
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